Flutter框架性泛学习系列之三、Flutter框架层（Framework Layer）原理-widget树更新与状态管理机制_flutter更新原理

任何知识体系，都需要系统的去学习，有一个大概的框架，学习才能如遇得水。知道自己学习的是什么，属于知识体系中的哪一环。
学习就应该首先有一个体系，然后不求甚解的将体系过一遍，最后再在体系中，填充各部分知识。

概述

Flutter框架层是构建Flutter应用程序的核心，它负责管理应用程序的整体结构、状态管理、布局和渲染等关键任务。深入理解Flutter框架层的源码实现原理对于开发高质量的Flutter应用至关重要。本文将通过分析Flutter仓库中的源码，以详细的代码示例来探讨Flutter框架层的各个方面，帮助读者更全面地理解其内部工作原理。

1. Widget树的构建与更新

Widget树的构建与更新是Flutter框架层的核心功能之一。在Flutter的源码中，Widget树的构建与更新是由Element和RenderObject来实现的。

// flutter/packages/flutter/lib/src/widgets/framework.dart

abstract class Element extends DiagnosticableTree {
  // 构造函数
  Element(Widget widget, {this.key}) : _widget = widget;

  // Widget对象
  final Widget _widget;

  // 父级Element
  Element? _parent;

  // 子级Element列表
  final List<Element> _children = [];

  // 重新构建Element的方法
  void rebuild() {
    // 重新构建Element的逻辑代码...
  }
}

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1.1 Element与RenderObject

在Flutter框架的源码中，Element和RenderObject是两个关键的类，分别负责管理Widget树的逻辑结构和渲染过程。

Element：管理Widget树的逻辑结构

• 管理状态和生命周期：
  Element负责管理Widget的状态和生命周期。它包含了一系列生命周期方法，如createElement、mount、update等，用于在不同阶段管理Widget的状态变化和更新过程。
• 构建和更新Widget树：
  Element通过createElement、mount和update等方法来构建和更新Widget树。createElement方法用于创建对应的Element对象，mount方法用于将Element挂载到父Element上，update方法用于更新Element及其子树。
• 处理用户交互事件：
  Element可以处理用户交互事件，并将其传递给对应的Widget处理。例如，点击按钮时，Element会捕获点击事件，并触发对应的处理逻辑。

在Flutter的源码中，Element类位于flutter/packages/flutter/lib/src/widgets/framework.dart文件中，它负责管理Widget树的逻辑结构。

class Element {
  Widget get widget => _widget;

  Element(Widget widget, [this.owner]) {
    _widget = widget;
  }

  // 创建Element的方法
  void createElement() {
    // 创建Element对象的逻辑代码...
  }

  // 挂载Element到父Element的方法
  void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
    // 挂载Element到父Element的逻辑代码...
  }

  // 更新Element及其子树的方法
  void update(Widget newWidget) {
    // 更新Element及其子树的逻辑代码...
  }

  // 生命周期方法：构建Widget树
  void build() {
    // 构建Widget树的逻辑代码...
  }

  // 生命周期方法：销毁Element
  void unmount() {
    // 销毁Element的逻辑代码...
  }
}
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在上面的代码示例中，我们可以看到Element类中定义了一些关键方法，如createElement、mount、update等，它们分别用于创建Element对象、挂载到父Element上、更新Element及其子树。此外，Element还包含了一些生命周期方法，如build和unmount，用于构建和销毁Widget树。

RenderObject：实际进行布局和渲染

• 布局和绘制： RenderObject负责计算Widget在屏幕上的布局和绘制。它包含了layout和paint等方法，分别用于进行布局计算和绘制操作。
• 管理布局约束： RenderObject负责管理布局约束，即根据父Widget传递的约束条件来计算自身的布局。它会根据父Widget传递的约束条件和自身的尺寸限制，计算出最终的布局结果。
• 处理用户输入： RenderObject可以处理用户输入事件，例如点击、滑动等操作。它可以捕获用户输入事件，并将其传递给对应的Widget处理。

RenderObject类是实际进行布局和渲染的对象，在Flutter的源码中，位于flutter/packages/flutter/lib/src/rendering/object.dart文件中。

class RenderObject {
  Size get size => _size;

  RenderObject(Widget widget, [this.parent]) {
    _widget = widget;
  }

  // 布局计算的方法
  void layout(BoxConstraints constraints, {bool parentUsesSize = false}) {
    // 布局计算的逻辑代码...
  }

  // 绘制操作的方法
  void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
    // 绘制操作的逻辑代码...
  }

  // 处理用户输入事件的方法
  void handleEvent(PointerEvent event) {
    // 处理用户输入事件的逻辑代码...
  }
}
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在RenderObject类中，我们可以看到定义了布局计算的方法layout、绘制操作的方法paint以及处理用户输入事件的方法handleEvent。这些方法对应着RenderObject的主要功能，它们负责实际的布局和渲染操作。

Element和RenderObject的关系

在Flutter框架中，每个Widget都对应一个Element和一个RenderObject，它们之间通过父子关系进行连接。

在Widget树的构建和更新过程中，Element会调用对应的RenderObject来进行布局和渲染操作，实现了逻辑结构和实际渲染的分离，使得Flutter框架能够高效地构建和渲染复杂的用户界面。

2. 状态管理机制

在Flutter应用程序中，状态管理是至关重要的，因为它决定了应用程序的响应性、数据共享和状态变化的处理方式。Flutter提供了多种灵活而强大的状态管理机制，包括setState、InheritedWidget和ChangeNotifier。让我们深入探讨这些机制的实现原理，从源码角度了解它们是如何工作的。

1. setState

原理概述

setState是Flutter中最简单的状态管理机制之一。当需要更新UI以响应状态变化时，开发人员可以调用setState方法，并在其中更新状态。Flutter框架会重新调用build方法来重新构建UI，从而更新显示。

源码分析

在Flutter的源码中，setState方法定义在State类中。它接受一个回调函数作为参数，该回调函数用于更新状态。一旦状态更新完成，Flutter会调用Element的markNeedsBuild方法，将当前Element标记为需要重新构建，以便在下一帧中进行重建操作。

class State {
  void setState(VoidCallback fn) {
    fn(); // 调用回调函数以更新状态
    // 将当前Element标记为需要重新构建
    // 这将导致在下一帧中重新调用build方法来更新UI
    context?.owner?.buildScope(this);
  }
}
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2. InheritedWidget

原理概述

InheritedWidget是Flutter中用于跨Widget共享状态的机制之一。它允许在Widget树中传递数据，而无需显式地将数据传递给每个子Widget。当InheritedWidget的数据发生变化时，其所有后代Widget都会自动更新。

源码分析

在Flutter的源码中，InheritedWidget类是一个模板类，它提供了updateShouldNotify方法和of方法来实现状态共享和更新。

class InheritedWidget<T> extends Widget {
  const InheritedWidget({
    Key? key,
    required this.data,
    required Widget child,
  }) : super(key: key, child: child);

  final T data;

  @override
  _InheritedElement<T> createElement() => _InheritedElement<T>(this);

  @override
  bool updateShouldNotify(covariant InheritedWidget oldWidget) {
    // 检查新旧数据是否相同，以决定是否需要通知后代Widget更新
    return oldWidget.data != data;
  }

  static T of<T>(BuildContext context) {
    final element = context.dependOnInheritedWidgetOfExactType<_InheritedElement<T>>();
    return element?.widget.data;
  }
}
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在updateShouldNotify方法中，Flutter会比较新旧数据是否相同，以确定是否需要通知后代Widget更新。而在of方法中，Flutter会从当前BuildContext中查找最近的InheritedWidget，并返回其数据。

3. ChangeNotifier

原理概述

ChangeNotifier是Flutter中用于轻量级状态管理的机制之一。它提供了一个简单的方式来管理状态，并通知监听器状态的变化。当状态发生变化时，ChangeNotifier会调用notifyListeners方法来通知所有注册的监听器进行更新。

源码分析

在Flutter的源码中，ChangeNotifier类是一个抽象类，其中定义了addListener、removeListener和notifyListeners等方法来实现状态管理和通知机制。

abstract class ChangeNotifier implements Listenable {
  List<VoidCallback>? _listeners;

  @override
  void addListener(VoidCallback listener) {
    _listeners ??= <VoidCallback>[];
    _listeners!.add(listener);
  }

  @override
  void removeListener(VoidCallback listener) {
    _listeners?.remove(listener);
  }

  void notifyListeners() {
    final List<VoidCallback>? localListeners = _listeners;
    if (localListeners == null) {
      return;
    }
    for (final VoidCallback listener in List<VoidCallback>.from(localListeners)) {
      try {
        if (localListeners.contains(listener)) {
          listener();
        }
      } catch (exception, stack) {
        FlutterError.reportError(FlutterErrorDetails(
          exception: exception,
          stack: stack,
          library: 'foundation library',
          context: ErrorDescription('while dispatching notifications for $runtimeType'),
          informationCollector: () sync* {
            yield DiagnosticsProperty<ChangeNotifier>('The $runtimeType that produced the offending notification', this);
          },
        ));
      }
    }
  }
}
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在notifyListeners方法中，Flutter会遍历所有注册的监听器，并调用它们的回调函数。这样，监听器就能够在状态发生变化时收到通知，并进行相应的更新操作。

总结

通过对Flutter中状态管理机制的源码深入分析，我们更加全面地理解了其工作原理。无论是简单的setState、跨Widget共享的InheritedWidget，还是轻量级的ChangeNotifier，它们都为Flutter应用程序提供了灵活、高效的状态管理解决方案。理解这些机制的实现原理，有助于我们更好地利用Flutter框架，构建出更加优雅和响应式的应用程序。

3. 总结

通过深入分析Flutter框架层的源码，我们更全面地了解了其内部工作原理。源码中的每一行代码都承载着丰富的设计思想和实现逻辑，希望本文能为读者提供一些启发，并帮助他们更好地理解和应用Flutter框架层。